电机及拖动基础 第六章.ppt
《电机及拖动基础 第六章.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电机及拖动基础 第六章.ppt(84页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第六章第六章 交流电机电枢绕组的电动势与磁动势交流电机电枢绕组的电动势与磁动势 第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势 第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组第三节第三节 单相绕组产生的磁动势单相绕组产生的磁动势第四节第四节 交流电机电枢绕组产生的磁动势交流电机电枢绕组产生的磁动势第六章第六章 交流电机电枢绕组的电动势与磁动势交流电机电枢绕组的电动势与磁动势 交流电机主要分为同步电机和异步电机两类。这两类电交流电机主要分为同步电机和异步电机两类。这两类电机虽然在运行原理和结构上有很大差别,但它们的定子绕组机虽然在运行原理和结构上有很大差别,但它们的定子绕组的结构型式
2、是相同的,定子绕组的感应电动势、磁动势的性的结构型式是相同的,定子绕组的感应电动势、磁动势的性质、分析方法也相同。质、分析方法也相同。对交流电机电枢绕组的要求首先是能感应出一定大小、对交流电机电枢绕组的要求首先是能感应出一定大小、波形为正弦的电动势,且各相电动势对称。为此,电枢绕组波形为正弦的电动势,且各相电动势对称。为此,电枢绕组在定子内需要按照一定的规律分布与连接,既能满足产生电在定子内需要按照一定的规律分布与连接,既能满足产生电动势的要求,也能满足产生磁动势的要求。动势的要求,也能满足产生磁动势的要求。第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势一一、导体电动势导体电动势
3、图图6.1 6.1 简单的同步发电机模型简单的同步发电机模型 当原动机拖动转子以转速当原动机拖动转子以转速 逆时针方向旋转,定子上的导逆时针方向旋转,定子上的导体体 A 与磁极有了相对运动,导体与磁极有了相对运动,导体 A 中就会产生感应电动势。中就会产生感应电动势。第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势 在电机中,把一对主磁极表面所占的空间距离,用空间电在电机中,把一对主磁极表面所占的空间距离,用空间电角度表示角度表示,规定为,规定为 或或 弧度。弧度。有有 对磁极,所占的空间电角度为对磁极,所占的空间电角度为空间电角度与机械角度之间的关系为:空间电角度与机械角度之间的关
4、系为:分析电机原理时,一般都使用分析电机原理时,一般都使用空间电角度空间电角度。第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势 假设电机的气隙磁密波沿气隙圆周方向分布为正弦波形假设电机的气隙磁密波沿气隙圆周方向分布为正弦波形:根据电磁感应定律,导体切割磁场所产生的感应电动势根据电磁感应定律,导体切割磁场所产生的感应电动势为:为:处的气隙磁密处的气隙磁密导体长度导体长度导体与磁场的导体与磁场的相对线速度相对线速度第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势导体导体 A 中感应的基波电动势瞬对值为中感应的基波电动势瞬对值为:设转子旋转的转速为设转子旋转的转速为 ,电角速度
5、为:,电角速度为:则导体则导体 A 的感应电势为:的感应电势为:第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势 导体中感应的基波电动势的波形,与气隙磁密的波形一致,导体中感应的基波电动势的波形,与气隙磁密的波形一致,为正弦波。为正弦波。在空间上转过的电角度在空间上转过的电角度 等于所经历的时间电角度等于所经历的时间电角度 。第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势导导体体 A 基波基波电动势电动势的的频频率率 为为:转子电角速度转子电角速度 为:为:导体中感应基波电动势的最大值为导体中感应基波电动势的最大值为:第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电
6、动势导体基波电动势的有效值为:导体基波电动势的有效值为:正弦电动势正弦电动势 ,可用相量,可用相量 表示。表示。以角速度以角速度 逆时针方向逆时针方向旋转旋转 第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势二二、整距线圈电动势整距线圈电动势 图图6.3 6.3 整距线圈的基波电动势整距线圈的基波电动势 整距线圈两导体基波感应电动势总是整距线圈两导体基波感应电动势总是大小相等大小相等,方向相反方向相反。第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势两根导体恰好转到主极中间时导体的基波电动势相量:两根导体恰好转到主极中间时导体的基波电动势相量:图图6.4 6.4 基波电动势
7、相量基波电动势相量线圈的基波电动势为:线圈的基波电动势为:用相量表示为:用相量表示为:第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势整距线圈的基波电动势为整距线圈的基波电动势为:匝数为匝数为 的整距线圈基波电动势为:的整距线圈基波电动势为:第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势三三、短距线圈电动势短距线圈电动势 线圈的节距线圈的节距 ,其中,其中,。图图6.4 6.4 短距线圈的基波电动势短距线圈的基波电动势 第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势短距线圈的基波电动势相量为:短距线圈的基波电动势相量为:第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流
8、电机电枢绕组电动势 短距线圈,两个线圈边基波电动势的相位差要比短距线圈,两个线圈边基波电动势的相位差要比 或或 弧度小,所以其基波电动势相当于整距线圈的电动势再乘以弧度小,所以其基波电动势相当于整距线圈的电动势再乘以一个小于一个小于1的基波短距系数。的基波短距系数。短距线圈基波电动势为:短距线圈基波电动势为:式中式中 称为称为基波短距系数基波短距系数。第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势四四、分布线圈的电动势分布线圈的电动势 通常,为了充分利用电机定子空间,定子上放置若干个线通常,为了充分利用电机定子空间,定子上放置若干个线圈,并均匀地分布在定子的槽中。圈,并均匀地分布在
9、定子的槽中。图图6.5 6.5 分布式线圈分布式线圈 第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势 三个线圈在空间上位置不同,则它们的基波感应电动势在时三个线圈在空间上位置不同,则它们的基波感应电动势在时间相位上是不同的。间相位上是不同的。线圈组的基波电动势相量线圈组的基波电动势相量 为:为:图图6.6 6.6 分布式线圈基波电动势分布式线圈基波电动势第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势不失一般性,假设有不失一般性,假设有 个整距线圈在定子上均匀地依次分布。个整距线圈在定子上均匀地依次分布。图图6.6 6.6 分布式线圈基波电动势及合成分布式线圈基波电动势及
10、合成 一个线圈的电动势为一个线圈的电动势为:线圈组的电动势为:线圈组的电动势为:第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势所以所以基波分布系数基波分布系数:第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势 由若干分布线圈构成的线圈组产生的总基波电动势由若干分布线圈构成的线圈组产生的总基波电动势小于小于将将各个线圈都集中在一起产生的总电势。各个线圈都集中在一起产生的总电势。分布式线圈组的基波电动势为分布式线圈组的基波电动势为 如果各个线圈又都是短距的,那么:如果各个线圈又都是短距的,那么:称为称为基波绕组系数基波绕组系数,。第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电
11、枢绕组电动势总结:总结:导体电动势导体电动势整距线圈电动势整距线圈电动势短距线圈电动势短距线圈电动势分布线圈电动势分布线圈电动势短距分布线圈电动势短距分布线圈电动势第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组 在交流电机的电枢绕组里,既有感应电动势的问题,又有在交流电机的电枢绕组里,既有感应电动势的问题,又有电流流过绕组产生磁动势的问题。所以对交流电机电枢绕组有电流流过绕组产生磁动势的问题。所以对交流电机电枢绕组有如下基本要求:如下基本要求:v 绕组产生的电动势接近正弦波。绕组产生的电动势接近正弦波。v 三相绕组的基波电动势对称。三相绕组的基波电动势对称。v 在导体数一定时能获得较大的基波电
12、动势。在导体数一定时能获得较大的基波电动势。v 绕组产生的磁动势接近正弦波。绕组产生的磁动势接近正弦波。v 三相绕组的磁动势对称。三相绕组的磁动势对称。v 在导体数一定时能获得较大的磁动势。在导体数一定时能获得较大的磁动势。第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组一一、三相单层绕组三相单层绕组 1.三相单层集中整距绕组三相单层集中整距绕组 三相绕组感应的三相对称基波电动势的相量图:三相绕组感应的三相对称基波电动势的相量图:图图6.7 6.7 三相对称绕组产生的三相对称基波电动势三相对称绕组产生的三相对称基波电动势 三相电动势幅值相三相电动势幅值相等,相角相差等,相角相差 。第二节第二节
13、交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组三相绕组在定子内分布均匀,彼此互差三相绕组在定子内分布均匀,彼此互差 空间电角度。空间电角度。图图6.7 6.7 三相对称绕组产生的三相对称绕组产生的 三相对称基波电动势三相对称基波电动势 产生的感应电动势波形产生的感应电动势波形为为方波方波,不是正弦波。,不是正弦波。第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组2.三相单层分布绕组三相单层分布绕组 为了充分利用电枢表面的空间,每相采用分布式绕组。为了充分利用电枢表面的空间,每相采用分布式绕组。例例6.3 一台三相交流电机,定子上总槽数一台三相交流电机,定子上总槽数 ,极对数,极对数 ,转子逆时针方向旋转,如图
14、,转子逆时针方向旋转,如图6.8所示。试连接成三相单所示。试连接成三相单层分布绕组。层分布绕组。图图6.8 6.8 三相交流电机三相交流电机第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组按照如下步骤连接:按照如下步骤连接:第一步,计算定子槽距角第一步,计算定子槽距角 。第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组第二步,作出基波电动势星形相量图。第二步,作出基波电动势星形相量图。图图6.9 6.9 基波电动势星形相量图基波电动势星形相量图第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组第三步,分相。第三步,分相。按按 相带法相带法分相。根据基波电动势星形相量图,把所分相。根据基波电动势星形相量
15、图,把所有槽导体分配到三个相,从而连接成三相对称绕组。有槽导体分配到三个相,从而连接成三相对称绕组。由于每个磁极所占的范围是由于每个磁极所占的范围是 空间电角度,每相绕空间电角度,每相绕组在每个磁极下均匀分布,各占组在每个磁极下均匀分布,各占 。每相在每极下的槽数每相在每极下的槽数 q 为:为:第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组 在星形相量图上逆相量旋转的方向依次标上在星形相量图上逆相量旋转的方向依次标上 A、Z、B、X、C、Y 等六个相带。等六个相带。A、X A相相 B、Y B相相 C、Z C相相 第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组第四步,连接绕组。第四步,连接绕组。
16、图图6.10 6.10 单层绕组的连接图单层绕组的连接图 B相、相、C相绕组的连接法和相绕组的连接法和A相完全一样。相完全一样。三相绕组三相绕组 A、B、C 在空间对称分布。在空间对称分布。第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组 根据绕组支路数的要求,把同一相的几个线圈按照相应的根据绕组支路数的要求,把同一相的几个线圈按照相应的要求连接起来。要求连接起来。单层绕组最多并联的支路与极对数相同,等于单层绕组最多并联的支路与极对数相同,等于 p。支路数为支路数为1 1 支路数为支路数为2 2 第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组第五步,计算相电动势。第五步,计算相电动势。每相基波电
17、动势为每相基波电动势为式中:式中:为绕组并联支路数;为绕组并联支路数;为每相绕组串联的总匝数为每相绕组串联的总匝数。第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组二二、三相双层绕组三相双层绕组 双层绕组是指每个定子槽里放两个线圈边,每个线圈边为双层绕组是指每个定子槽里放两个线圈边,每个线圈边为一层。总线圈数等于定子总槽数。一层。总线圈数等于定子总槽数。例例6.4 三相交流电机定子总槽数三相交流电机定子总槽数 Z=36,极对数,极对数 p=2,节距,节距 个槽,并联支路数个槽,并联支路数 a=1。试连接成三相双层短距分布绕组。试连接成三相双层短距分布绕组。连接步骤如下:连接步骤如下:第一步,计算
18、定子槽距角第一步,计算定子槽距角 :第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组第二步,作出基波电动势星形相量图。第二步,作出基波电动势星形相量图。图图6.116.11短距线圈基波电动势星形相量图短距线圈基波电动势星形相量图 每个相量代表一个每个相量代表一个线圈的电动势线圈的电动势。第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组 第三步,分相。第三步,分相。按按60相带法分相。把相量分成六等份,逆相量旋转方相带法分相。把相量分成六等份,逆相量旋转方向分别标上向分别标上 A、Z、B、X、C、Y。每极每相槽数:每极每相槽数:第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组图图6.12 6.12 三
19、相双层短距分布绕组的连接图三相双层短距分布绕组的连接图 第四步,连接绕组。第四步,连接绕组。第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组第五步,相电动势计算。第五步,相电动势计算。相绕组基波电动势为相绕组基波电动势为:式中式中 是每相串联匝数;是每相串联匝数;是基波绕组系数。是基波绕组系数。第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组 例例6.5 一台三相交流电动机,定子采用双层短距分布绕一台三相交流电动机,定子采用双层短距分布绕组。定子总槽数组。定子总槽数 Z=36,极对数,极对数 p=3,线圈的节距,线圈的节距 槽,槽,每个线圈串联的匝数每个线圈串联的匝数 Ny=10,并联支路数,并联
20、支路数 a=2,频率,频率 f=50Hz、基波每极磁通量、基波每极磁通量=0.004Wb。求:。求:(1)线圈基波电动势;)线圈基波电动势;(2)每极线圈组基波电动势;)每极线圈组基波电动势;(3)相绕组基波电动势。)相绕组基波电动势。第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组解:解:(1)极距)极距 基波短距系数基波短距系数 线圈基波电动势线圈基波电动势 第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组(2)每极每相槽数)每极每相槽数槽距角槽距角基波分布系数基波分布系数 绕组系数绕组系数 第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组每极线圈组基波电动势每极线圈组基波电动势(3)每相绕组串
21、联总匝数)每相绕组串联总匝数 相绕组基波电动势为相绕组基波电动势为第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组三三、绕组的谐波电动势绕组的谐波电动势 在实际电机中,由于励磁磁动势在气隙中产生的磁场并不在实际电机中,由于励磁磁动势在气隙中产生的磁场并不是标准的正弦波,因此在定子绕组内感应的电动势也不是正弦是标准的正弦波,因此在定子绕组内感应的电动势也不是正弦波,除了基波外还存在一系列的谐波。波,除了基波外还存在一系列的谐波。气隙中磁场沿电枢表面的分布一般呈平顶波形气隙中磁场沿电枢表面的分布一般呈平顶波形。图图6.13 6.13 主极磁密的空间分布波主极磁密的空间分布波 利用傅里叶级数将其分解为
22、基波和一系列谐波。利用傅里叶级数将其分解为基波和一系列谐波。根据磁场波形的对称性,谐波次数根据磁场波形的对称性,谐波次数 =3,5,7,。次次谐谐波极波极对对数:数:极距:极距:第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组 在计算谐波电动势时,需要知道谐波短距系数及谐波在计算谐波电动势时,需要知道谐波短距系数及谐波分布系数。分布系数。谐谐波短距系数波短距系数 为为:谐波分布系数谐波分布系数 为:为:第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组根据各次谐波电动势的有效值,可以求得相电动势的有效值根据各次谐波电动势的有效值,可以求得相电动势的有效值 对于同步发电机的电动势,对于同步发电机的电动
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电机及拖动基础 第六章 电机 拖动 基础 第六
限制150内